Текущее исследование Института солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE показывает, как может выглядеть технологически трансформация энергетической системы в сторону климатической нейтральности в 2045 году на уровне федеральной земли. С помощью межотраслевой модели энергетической системы REMod были количественно определены экономически оптимизированные пути развития для областей энергетики, транспорта, промышленности и строительства, включая необходимую инфраструктуру. По словам Фраунгофера ISE в недавнем пресс-релизе, рассматривались различные возможные сценарии.
Исследование подтверждает центральную роль электрификации для наиболее экономически эффективной трансформации, при этом водород также необходим в промышленности, на транспорте и на электростанциях. Необходимо более сильное расширение сети для транспортировки электроэнергии и водорода с севера в центры потребления на западе и юге. Для энергетической системы с высокой долей возобновляемых источников энергии производство и потребление также должны быть более гибкими.
Трансформация энергетической системы в сторону климатической нейтральности уже давно идет полным ходом. Конкретные региональные планы реализации становятся все более важными, например, муниципальное планирование теплоснабжения. Исследование «Пути к климатически нейтральной энергетической системе: федеральные земли в процессе трансформации» (ссылка на загрузку PDF-файла) рассматривает текущие события, такие как изменение спроса, геополитическая неопределенность и планирование инфраструктуры, такое как расширение энергосистемы и базовая водородная сеть.
Исследование фокусируется на технической трансформации в федеральных землях посредством пространственной оптимизации. Это стало возможным благодаря многочисленным расширениям модели энергетической системы REMod, которая математически воспроизводит энергетическую систему Германии, включая импорт, и рассчитывает наиболее выгодные пути трансформации. Региональная модель может показать пути развития десяти регионов Германии, которые также учитывают при оптимизации расширение электросетей и водородных сетей. Таким образом, эти оптимизированные по затратам пути трансформации могут также служить ориентиром для принятия решений на уровне страны.
Четыре сценария показывают пути, каждый из которых имеет определяющие элементы.
Основываясь на текущих социальных и политических событиях, в исследовании рассматриваются четыре сценария как возможные пути достижения климатической нейтральности в 2045 году. Во всех из них климатические цели Германии, включая климатическую нейтральность, будут достигнуты в 2045 году, а поставки энергии будут обеспечены в любое время. во всех секторах потребления.
- Сценарий открытых технологий описывает оптимизированный по затратам путь трансформации энергетической системы без учета дополнительных фиксированных граничных условий и при условии высокой степени свободы в отношении выбора доступных технологий.
- Сценарий эффективности предполагает более строгие климатические цели. К 2045 году выбросы CO2 могут сократиться на 1000 млн тонн. В то же время возможно более быстрое расширение, особенно за счет солнечной и ветровой энергии; а спрос на энергию падает из-за более высокой эффективности и падения потребления (достаточности).
- В сценарии сохранения существующие технологии, такие как автомобили с двигателями внутреннего сгорания или системы отопления, основанные на сжигании, сохраняются дольше, а переход отрасли на экологически безопасные технологии также задерживается.
- Робастный сценарий учитывает геополитическую неопределенность и изменения климата. Среди прочего, предполагается, что по геополитическим причинам будет меньше доступности фотоэлектрических систем и аккумуляторов, что задержит возможное расширение в Германии.
Прямая электрификация играет центральную роль в декарбонизации всех секторов
Согласно результатам исследования, там, где это технически возможно, прямая электрификация является наиболее экономически эффективным вариантом в целом: тепловые насосы станут доминирующей технологией отопления в 2045 году, электромобили с аккумуляторными батареями будут почти исключительно использоваться в частном транспорте, а уровень электрификации промышленности поднимется примерно до 70 процентов. Из-за высокого уровня использования электроэнергии в потребительских секторах ожидается, что к 2045 году спрос на электроэнергию удвоится во всех федеральных землях.
Кроме того, бытовой электролиз водорода становится новым крупным потребителем электроэнергии в богатых ветром федеральных землях Шлезвиг-Гольштейн, Нижняя Саксония и Мекленбург-Передняя Померания. В зависимости от сценария в 2045 году можно ожидать, что общая потребность в электроэнергии составит от 1150 до 1650 ТВтч.
Север становится поставщиком водорода
Ветроэнергетика и фотоэлектрическая энергетика оказываются центральными столпами энергетического перехода, поэтому в сценариях расширение береговой ветроэнергетики также происходит в федеральных землях, которые предположительно слабы с точки зрения ветра. В сценарии открытых технологий установленная мощность на суше удвоится во всех регионах к 2030 году по сравнению с 2023 годом. Суммарная мощность ветровой энергии на суше и на море достигнет 290 ГВт в 2045 году. Установленная фотоэлектрическая мощность увеличится до 420 ГВт к 2045 году.
Исследование показывает, что к 2045 году Нижняя Саксония, Шлезвиг-Гольштейн и Мекленбург-Передняя Померания будут обеспечивать треть первичной энергии Германии благодаря своему высокому ветроэнергетическому потенциалу, и что технологии Power-to-X будут значительно расширены. Электролиз будет играть центральную роль в гибком потреблении электроэнергии, поэтому большая часть ожидаемых электролизных мощностей (около 65 ГВт) будет расположена на севере. Напротив, в федеральных штатах, где доминируют фотоэлектрические системы, все чаще устанавливаются аккумуляторные системы хранения.
Для оптимального распределения энергии между севером и промышленно сильными федеральными землями Северный Рейн-Вестфалия, Баден-Вюртемберг и Бавария, помимо водородной инфраструктуры, центральное значение имеет расширение электросети, особенно в направлениях север-юг и северо-запад. связи. Для хранения водорода, который в первую очередь необходим для высокотемпературных процессов и использования материалов в промышленности, необходимы мощности хранения не менее 130 ТВт-ч.
Чтобы компенсировать большие региональные различия в производстве и спросе, большую роль во всех сценариях играет повышение гибкости спроса на электроэнергию. Гибкие газовые и водородные электростанции используются во всех федеральных землях для стабилизации сети, а электромобили и стационарные аккумуляторные батареи используются в качестве краткосрочных хранилищ.
Ускоренное распространение технологий энергетического перехода и энергоэффективности может снизить затраты на трансформацию.
В сценарии с открытыми технологиями затраты на трансформацию по сравнению с обновлением существующей системы составляют в среднем около 52 миллиардов евро в год в течение следующих 25 лет. Это соответствует примерно 1,2 процента сегодняшнего валового внутреннего продукта или, если использовать другой ориентир, примерно половине продаж рождественского бизнеса в 2023 году. менее 220 евро за тонну CO2.
В сценарии эффективности затраты на трансформацию значительно ниже — чуть менее 90 евро за тонну CO2 из-за более низкого спроса на энергию. С другой стороны, приверженность традиционным технологиям и отложенное расширение использования возобновляемых источников энергии в сценарии устойчивости приводит к самым высоким затратам на трансформацию, что приводит к средним затратам на предотвращение выбросов почти в 320 евро на тонну CO2. Это является результатом, в частности, более высоких объемов импорта синтетических источников энергии и более широкого использования технологий отрицательных выбросов, необходимых для достижения климатических целей.
Источник: Fraunhofer ISE – пресс-релиз от 13 ноября 2024 г.
